기계공작법 제4차 퀴즈 정답과 풀이

기계공작법 제4차 퀴즈 문제와 풀이

주조 8문항 · 소성가공 15문항 · 재료역학 2문항

답은 별도로 배부한 답안지에 작성하세요. 계산 문항은 공식과 풀이 과정, 단위를 함께 쓰세요.

1. 압력을 이용한 주조법

다이캐스팅과 저압주조에서 용탕을 금형에 채우는 방법을 각각 설명하시오. 답에는 압력이 작용하는 위치와 용탕의 이동 방식을 포함하시오.

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다이캐스팅: 사출 플런저 등이 용탕에 높은 압력을 가하여 금형 공동으로 빠르게 밀어 넣는다. 저압주조: 밀폐된 보온로의 용탕 표면에 낮은 기체 압력을 가하여 용탕이 급탕관을 따라 위쪽 금형으로 올라가도록 한다.

2. 주물의 내부 검사

두꺼운 주물 내부의 수축공을 검사하려고 한다. ① 방사선 투과검사는 어떤 방법으로 내부 결함을 확인하는지 쓰시오. ② 초음파 탐상검사는 어떤 현상을 이용하여 내부 결함을 확인하는지 쓰시오.

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① X선 또는 감마선을 투과시켜 결함 부위와 건전한 부위의 투과 정도 차이를 영상으로 확인한다. ② 초음파가 내부 결함 경계에서 반사되는 현상을 이용한다. 반사파의 도달 시간 등을 이용하여 결함 위치를 판단한다.

3. 주철 용탕의 처리

주철 용탕에 주입 직전 페로실리콘 등을 첨가하여 흑연이 미세하고 균일하게 생성되도록 하였다. ① 이러한 처리의 명칭을 쓰시오. ② 이 처리로 방지하려는 현상 한 가지를 쓰시오.

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① 접종 처리 ② 칠(백선화) 현상. 흑연 핵 생성을 촉진하여 탄소가 시멘타이트로 남는 경향을 줄인다.

4. 주물사의 재사용

점토를 점결제로 사용하는 생형 주물사를 새 모래의 보충 없이 반복 사용하였더니 통기도와 강도가 낮아졌다. ① 통기도가 낮아지는 원인을 모래 입자의 변화와 관련지어 쓰시오. ② 강도가 낮아지는 원인을 점결제의 변화와 관련지어 쓰시오. ③ 성질을 회복하기 위한 조치 한 가지를 쓰시오.

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① 모래 입자의 파쇄·미분 증가로 입자 사이의 통기 공간이 감소한다. ② 반복되는 열 작용으로 점토의 점결 능력이 저하된다. ③ 미분 제거 및 신사 보충, 유효 점토·수분의 적정 보충 등.

5. 상형에 작용하는 힘

용탕에 접하는 상형의 수평 아랫면에 대하여 다음 조건이 주어졌다. • 용탕의 비중량: 7,000 kgf/m³ • 용탕 자유표면에서 상형 아랫면까지의 깊이: 0.2 m • 용탕과 접하는 수평 면적: 0.1 m² • 상형 자체의 무게: 40 kgf ① 상형을 위로 밀어 올리는 힘을 구하시오. ② 상형이 들리지 않도록 올려놓을 중추의 최소 무게를 구하시오. 단, 동압과 안전율은 고려하지 않는다. 공식과 풀이 과정을 함께 쓰시오.

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① F = γhA = 7,000 × 0.2 × 0.1 = 140 kgf ② W = F − 상형 무게 = 140 − 40 = 100 kgf. 중추와 상형의 합계 무게가 압상력 이상이어야 한다.

6. 주조 결함

다음에 해당하는 결함의 명칭을 각각 쓰시오. ① 용탕 속 가스가 응고 중 빠져나오지 못하여 표면에 바늘구멍처럼 작게 나타난 결함. ② 주형 표면이 열에 의해 들뜨거나 벗겨진 부분으로 용탕이 침투하여 주물 표면에 딱지 모양의 돌출부가 생긴 결함.

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① 핀홀(pinhole) ② 스캐브(scab, 딱지 결함)

7. 소실성 모형을 사용하는 주조

① 발포 폴리스타이렌 모형을 모래 속에 넣고, 용탕을 주입하면서 모형이 소실되도록 하는 주조법의 명칭을 쓰시오. ② 이 방법과 인베스트먼트 주조에서 모형을 제거하는 시점이 어떻게 다른지 쓰시오.

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① 풀몰드법(소실모형 주조, 로스트폼 주조) ② 풀몰드법은 용탕을 주입하면서 모형이 소실된다. 인베스트먼트 주조는 용탕을 붓기 전에 왁스 모형을 녹여 제거한다.

8. 용해로의 용량

주철 용해에 사용하는 큐폴라의 용량을 3 t/h로 표시하였다. 이 표시가 무엇을 뜻하는지 쓰시오.

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1시간에 주철 3톤을 용해할 수 있는 용해 능력을 뜻한다. 한 번에 담을 수 있는 양을 뜻하지 않는다.

9. 압출과 인발의 힘

① 압출과 인발에서 소재를 다이에 통과시키기 위해 외부에서 가하는 힘은 각각 어떤 힘인지 쓰시오. ② 인발할 때 소재가 다이 벽면으로부터 받는 힘의 종류를 쓰시오.

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① 압출: 압축력, 인발: 인장력 ② 다이 벽면으로부터 받는 접촉 압축력. 인발에서 외부의 당기는 힘과 다이의 접촉 압축력을 구별한다.

10. 단조 방법의 선정

같은 형상의 공구를 소량 생산할 때와 대량 생산할 때 단조 방법을 달리하려고 한다. ① 소량 생산에 적합한 단조 방법을 쓰고, 금형 제작 비용과 관련지어 이유를 설명하시오. ② 형단조에서 금형의 분할면 사이로 밀려 나온 여분의 금속을 무엇이라 하는지 쓰시오. ③ 이 여분의 금속이 금형 내부를 채우는 데 하는 역할을 설명하시오.

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① 자유 단조. 제품 형상의 전용 금형 제작 비용이 적어 소량 생산에 유리하다. ② 플래시(flash) ③ 좁은 플래시부의 유동 저항이 내부 압력을 높여 금속이 금형 공동의 세부까지 채워지도록 한다.

11. 압출 장치

압출 장치의 컨테이너에 원통형 금속 소재를 넣고, 유압으로 움직이는 부품으로 밀어 다이 구멍을 통과시켰다. ① 컨테이너에 넣는 원통형 소재의 명칭을 쓰시오. ② 소재를 밀어 주는 부품의 명칭을 쓰시오.

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① 빌릿(billet) ② 램(ram)

12. 두 단계 드로잉

원형 판재를 두 번 드로잉하여 원통 용기를 만들었다. 1차 드로잉률은 0.6, 재드로잉률은 0.75이고, 최종 용기의 지름은 45 mm이다. ① 1차 드로잉 후의 지름을 구하시오. ② 처음 원형 판재의 지름을 구하시오. 공식과 풀이 과정을 함께 쓰시오.

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드로잉률 = 가공 후 지름 ÷ 가공 전 지름 ① d₁ = 45 ÷ 0.75 = 60 mm ② D = 60 ÷ 0.6 = 100 mm

13. 전단 가공의 구분

다음 가공법의 명칭을 각각 쓰시오. ① 판재의 가장자리 일부를 정해진 모양으로 따내는 가공. ② 이미 전단한 제품의 절단면을 정밀하게 다듬기 위해 가장자리의 미소량을 다시 전단하는 가공.

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① 노칭(notching) ② 셰이빙(shaving)

14. 요철 형상의 성형

다음 가공법의 명칭을 각각 쓰시오. ① 판재의 두께를 거의 변화시키지 않으면서 요철 무늬를 만드는 가공. ② 금속을 금형 안에서 강하게 압축하여 두께 변화가 있는 주화나 메달의 무늬를 만드는 가공.

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① 엠보싱(embossing) ② 코이닝(coining)

15. 용기 끝부분의 가공

다음 가공법의 명칭을 각각 쓰시오. ① 원통 용기 입구 부분의 지름을 줄이는 가공. ② 판재나 용기의 끝부분을 둥글게 말아 테두리를 만드는 가공.

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① 네킹(necking, 목조르기) ② 컬링(curling)

16. 원통 소재의 압축

원통형 소재를 평평한 두 금형 사이에서 높이 방향으로 압축하였더니, 옆면의 중앙부가 볼록해졌다. ① 이 현상의 명칭을 쓰시오. ② 소재와 금형 사이의 마찰을 중심으로 발생 원인을 설명하시오. ③ 이 현상을 줄이는 방법 한 가지를 쓰시오.

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① 배럴링(배불림) ② 금형과 접촉하는 양 끝면은 마찰 때문에 바깥쪽 유동이 억제되는 반면, 중앙부는 상대적으로 자유롭게 퍼진다. ③ 적절한 윤활로 금형과 소재 사이의 마찰을 줄인다.

17. 압연

두께 40 mm인 판재를 압연하여 두께 30 mm로 만들었다. ① 압하량과 압하율을 각각 구하시오. ② 소재가 롤 사이에 잘 물리지 않을 때, 롤과 소재 사이의 마찰계수를 어떻게 조절하면 물림에 도움이 되는지 쓰시오.

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① 압하량 = 40 − 30 = 10 mm. 압하율 = (40 − 30) ÷ 40 × 100 = 25%. ② 마찰계수를 증가시킨다. 소재를 롤 사이로 끌어들이는 마찰력이 커진다.

18. 가공 온도에 따른 차이

재결정 온도가 450℃인 금속을 A 공정에서는 20℃, B 공정에서는 700℃에서 가공하였다. ① A와 B를 각각 냉간가공 또는 열간가공으로 구분하시오. ② 일반적으로 변형 저항이 작은 공정을 쓰시오. ③ 일반적으로 치수 정밀도와 표면 상태가 우수한 공정을 쓰시오.

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① A: 냉간가공, B: 열간가공 ② B. 높은 온도에서 변형 저항이 낮고 재결정으로 가공 경화가 완화된다. ③ A. 고온 산화와 냉각 시 수축의 영향이 적다.

19. 회전하는 판재의 성형

원형 판재를 성형용 맨드릴과 함께 회전시키면서 외측에서 롤러로 눌러, 맨드릴을 따라 축대칭 형상으로 성형하였다. 이 가공법의 명칭을 쓰시오.

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스피닝(spinning). 회전하는 판재를 롤러로 점진적으로 성형한다.

20. 굽힘 후의 복원

판재를 굽힌 후 힘을 제거하였더니 굽힌 부분이 일부 펴졌다. ① 이 현상의 명칭을 쓰시오. ② 이 현상이 발생하는 원인을 쓰시오. ③ 목표 형상을 얻기 위한 보정 방법 한 가지를 쓰시오.

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① 스프링백(springback) ② 하중 제거 후 탄성 변형 부분이 회복되기 때문이다. ③ 복원량을 예상하여 과도 굽힘(overbending)한다.

21. 정밀 전단

판재를 전단할 때 소재를 강하게 구속하고 펀치와 다이 사이의 간극을 매우 작게 하여, 매끄럽고 정밀한 전단면을 얻는 가공법의 명칭을 쓰시오.

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파인 블랭킹(fine blanking). 강한 소재 구속과 작은 간극을 이용하여 파단면을 줄이고 정밀한 전단면을 얻는다.

22. 용기 벽 두께의 조정

드로잉으로 만든 금속 컵을 펀치와 다이 사이로 통과시켜 벽 두께를 줄이고 균일하게 만들었다. 이 가공법의 명칭을 쓰시오.

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아이어닝(ironing). 컵의 벽 두께를 줄이고 균일하게 만드는 공정이다.

23. 블랭킹에 필요한 힘

두께 2 mm인 판재에서 지름 40 mm인 원판을 블랭킹하려고 한다. 판재의 전단강도는 100 N/mm²이다. 필요한 전단력을 kN 단위로 구하시오. 단, π는 3으로 하고 마찰은 무시한다. 공식과 풀이 과정을 함께 쓰시오.

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전단력 F = 전단 둘레 × 두께 × 전단강도 = πdtτ F = 3 × 40 × 2 × 100 = 24,000 N = 24 kN

24. 인장하중과 늘어난 길이

단면적 200 mm², 길이 800 mm인 균일한 봉에 축 방향 인장하중을 가하였다. 탄성 범위에서 측정한 축 방향 변형률은 0.001이고, 탄성계수는 200,000 N/mm²이다. ① 봉에 작용하는 인장하중을 kN 단위로 구하시오. ② 봉의 늘어난 길이를 mm 단위로 구하시오. 공식과 풀이 과정을 함께 쓰시오.

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σ = Eε = 200,000 × 0.001 = 200 N/mm² ① P = σA = 200 × 200 = 40,000 N = 40 kN ② ΔL = εL = 0.001 × 800 = 0.8 mm

25. 압축응력과 줄어든 길이

단면적 100 mm², 길이 500 mm인 균일한 봉에 축 방향 압축하중 10 kN이 작용한다. 탄성계수는 100,000 N/mm²이다. ① 압축응력의 크기를 MPa 단위로 구하시오. ② 축 방향 변형률의 크기를 구하시오. ③ 봉의 줄어든 길이를 mm 단위로 구하시오. 단, 탄성 범위이며 좌굴은 발생하지 않는다. 공식과 풀이 과정을 함께 쓰시오.

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① |σ| = P/A = 10,000/100 = 100 N/mm² = 100 MPa ② |ε| = |σ|/E = 100/100,000 = 0.001 ③ |ΔL| = |ε|L = 0.001 × 500 = 0.5 mm 인장을 양으로 정하면 응력과 변형률은 음수이나, 문제는 크기를 물었으므로 양의 값으로 답한다.